Nuclear energy and its peaceful usage (Cem Toker) Turkish Turkey

NÜKLEER ENERJİ VE BARIŞÇIL KULLANIMI Cem Toker Nükleer Enerji Mühendisi Eylül 18, 2017 Nükleer enerji uranyum çekirdeğinin bölünmesi sonucunda ortaya çıkan enerjidir. Ancak bu bir elektrik enerjisi değil, ısı enerjisidir. Elde edilen ısıyı elektriğe dönüştürmek için, nükleer güç santrali (ngs) adını taşıyan birbirine bağlı çok sayıda sistemin bir araya gelmesinden oluşan bir tesisin kurulması gerekir.

Ngs’de elektrik enerjisi üretim süreci şöyle gelişir ; reaktör kalbine uranyum-235 izotopunca zenginleştirilmiş, uranyum dioksit (uo2) yakıt demetlerinden oluşan nükleer yakıt yerleştirilir. Reaktörün çalıştırılması ile uranyum-235 çekirdekleri nötronlarla etkileşerek bölünür ve büyük bir enerji ile iki ya da üç adet yeni nötron ortaya çıkar. Bu yeni nötronlar en yakındaki uranyum-235 çekirdekleri ile etkileşerek onları bölerler ve yine büyük bir enerji ile iki ya da üç nötron ortaya çıkar. Bu olay zincirleme bir şekilde devam eder. Zincirleme reaksiyonu kontrol altında tutmak için nötron yutucu maddelerden oluşan kontrol çubukları kullanılır. Reaktör operatörü kontrol çubuklarını kalp içine aşağı-yukarı hareket ettirerek bu reaksiyonu güvenli sınırlarda tutar. Tüm kontrol çubukları kalbe sokulduğunda reaksiyon tamamen durur. Nükleer reaksiyon sonucu ortaya çıkan enerji güçlü pompalar yardımıyla kalbe pompalanan soğutucu tarafından emilir. Kalpten çekilen yüksek ısı enerjisi ile su buhara dönüştürülerek türbine gönderilir. Oluşan buhar türbin kanatlarına yönlendirilerek türbinin dönmesini sağlar. Türbin şaftı ve elektrik jeneratörünün döner bobini birleşik olup, türbin şaftı dönmeye başlayıcınca jeneratör bobini de döner ve jeneratörün sargı tellerinde elektrik meydana gelir.

Ngs’nin ısı enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmesi ısıl verim ile ölçülür. Nükleer güç santrallerinin ısıl verim oranı yaklaşık %30-35 civarındadır. Bu da demek oluyor ki, üretilen ısı enerjisinin sadece 1/3’ü elektrik enerjisine dönüşmektedir. Peki geri kalan enerji neeye gidiyor ?

Bu ısı soğutma elemanları ile sistemden çekilmektedir. Türbinden çıkan kullanılmış buharın suya dönüşmesini sağlayan yoğuşturucu başlıca soğutma görevini üstlenmiştir. Yoğuşturucuda ngs’nin buhar devresi ile dışardaki su kaynağı arasındaki ısı transferini sağlayan ayrı bir su hattı bulunmaktadır ve dış soğutma devresi adını taşımaktadır. Soğutma kuleleri dış soğutma

1

devresinin bir elemanıdır. Soğutma kulelerinde kullanılmak üzere su havuzları yapılmaktadır.

Bu havuzlardaki su yoğuşturucudan geçerek buhardaki ısıyı alıp soğutma kulelerinin üst kısmına pompalanır. Su, soğutma kulesinin üst kısmından ince akıntılar halinde aşağıya doğru akarken, yukarıya doğru çıkan hava ile temas edip soğumaktadır. Bu esnada bir kısmı da buharlaşmaktadır. Dolayısı ile soğutma kulelerinin üzerinde görülen beyaz duman, bildiğimiz su buharından başka bir şey değildir. Özellikle belirtmek gerekir ki; soğutucu havuzlardan alınan ve sonrasında soğutma kulelerinde buharlaşan su, radyoaktif suyla doğrudan temas etmediğinden radyoaktivite içermez.

Peki ngs ile nükleer bomba arasındaki fark nedir ? Nükleer santralde zincirleme tepkime kontrol altında tutulmaktadır, bu yüzden ısı kademeli olarak üretilip sürekli olarak soğutucu ile uzaklaştırılmaktadır. Gerektiğinde reaktör kapasitesi arttırılır, gerektiğin de ise bölünme tepkimesi durdurulabilir. Bunun aksine, nükleer bombada kontrolsüz zincirleme tepkimesi çok hızlı ilerlemekte ve çok büyük enerji çok kısa zaman içinde açığa çıkar. Bu patlamanın tam olarak kendisidir. Nükleer reaktörde patlama prensip olarak mümkün değildir; çünkü patlamanın gerçekleşmesi için uranyum-235’in %80 üzerinde zenginleştirilmiş olması, nötronları yutacak maddenin olmaması ve uranyumun aşırı derecede sıkışması gerekmektedir.

Günümüz reaktörlerinde nükleer yakıt çok az zenginleştirilmektedir (%3 - %5) ve kalp içinde sürekli olarak kontrol altındadır. Bunun yanı sıra reaktörde nükleer yakıtın bulunduğu ince etli borular patlama için gerekli basıncı sağlayacak güçte değildir. Çernobil’de gerçekleşen patlama nükleer patlama değildir. Reaktör içindeki patlama ani olarak artan buhar basıncından meydana gelmiştir. Fukushima’da ise hidrojen ile oksijen karışımının yoğunlaşıp patlamasıyla meydana gelmiştir. Bu iki patlamada atom bombası patlamasıyla kıyaslanamayacak kadar küçüktür ve nükleer patlama kapsamında değildir.

Problem sızan radyoaktivitedir.

Ngs elektrik üretim maliyeti (ilk yatırım hariç) kömür, gaz ve mazot yakıtı kullanan termik santrallere göre daha düşük olmakla beraber rüzgar, güneş ve gelgit enerjisi gibi alternatif enerji kaynaklarına göre çok düşüktür. Elektriğin kw-h maliyetindeki yakıt payı, ngs’de daha düşüktür. (nükleer %18-25, kömür %45, gaz %65). Bunun yanı sıra ngs’lerin inşaat maliyet ve süresi diğer tesislerden daha fazla olmasına rağmen maliyet kurtarma süresi de daha uzundur.

Bu sebeple yeni reaktörler uzun süreler güvenle çalışacak şekilde tasarlanır.(min 40 yıl) ancak kurulacakları bölge şartları normal bir santralin kurulumuna göre daha dikkatli yapılmalı, jeolojik aktivitelere uygun şekilde projelendirilmelidir.

2

Computer generated translation simply to verify appropriatness of content.

Nuclear energy and its peaceful usage Cem Toker Nuclear Engineer – Turkey September 18, 2017 Nuclear energy is the energy of uranium nuclei resulting from dividing.

However, this is not an electrical energy, it is thermal energy. To convert the resulting heat into electricity, nuclear power plant (NPP) interconnected very large number with the name of a facility needs to be established consisting of a combination of the system. electric energy production process is developed as follows in the NPP; reactor core uranium-235 isotope enriched uranium dioxide (UO2) placed nuclear fuel of the fuel assemblies. Operating the reactor with uranium-235 nuclei divided by interacting with neutrons occurs two or three new neutrons with considerable energy. This new divide them neutrons interacting with the nearby uranium-235 nuclei and two or three neutrons arise again with great energy. This event continues a cascade manner. control rods consisting of neutron-absorbing agent is used for controlling the chain reaction. Operator control rods into the reactor down the heart-safe limit by moving the movement amount in this reaction. When all control rods heart stops completely reacted. nuclear energy released is absorbed by the reaction of the heart with the aid of powerful pumps the pumped coolant. Heart drawn high thermal energy is sent to the turbine is converted into steam. the resulting steam turbine blades to rotate the turbine directed. rotating the turbine shaft, and wherein the combined electric generator coil, the turbine shaft rotation also rotates the beginner of the generator coil and power occurs in the generator of the winding wire. NPP converting thermal energy into electrical energy is measured with a thermal efficiency. thermal efficiency rate of nuclear power plants is about 30-35%. This also means that the generated heat energy is only 1/3 is converted into electrical energy. So the rest of the energy goes to the neem? This heat is drawn from the system by cooling elements. existing the turbine for converting water into steam condenser acted as the main cooling duty. Condenser has a separate water line providing heat transfer between NPP steam circuit and an external water supply, and carries the outer cooling circuit name. Cooling towers is a member of the external cooling circuit. pools of water for use in cooling towers are made. This pool taking in water through the condenser heat from the steam is pumped to the top of the cooling tower.

The water flows down in thin flows from the top of the cooling tower, It is cooled when making contact with the air upwardly. Upon which a portion of the vaporized. Therefore, white smoke seen above the cooling tower is not we know anything other than water vapor. It should be noted in particular; evaporating the refrigerant taken from the pool and the subsequent cooling tower water, no radioactivity is direct contact with the radioactive water.

3

So what is the difference between the NGS with a nuclear bomb? Nuclear power plants are kept under control chain reaction, so the heat produced is removed continuously with gradual cooling. Necessary reactor capacity is increased, and the cleavage reaction because it must be stopped. In contrast, uncontrolled chain reaction in a nuclear bomb progressing very quickly and so much energy is released in a very short time. This is exactly the blast itself. In principle it is not possible explosion in a nuclear reactor; because it is enriched uranium-235 on 80% of the explosion to occur, the absence of material and absorb neutrons, the uranium must unduly jam. in the present reactor it is very slightly enriched nuclear fuel (3% - 5%) and are under constant control of the heart. As well as thin-wall pipes where the nuclear fuel in the reactor is not strong enough to provide the necessary pressure to explode. explosion occurred at the Chernobyl nuclear explosion is not. explosion occurred instantaneously increasing the steam pressure in the reactor. In Fukushima condenses explosion occurred with mixtures of oxygen with hydrogen. The atomic bomb explosions in two small to be compared to the explosion and are not covered by nuclear explosions. Problems leaking radioactivity. NGS electricity production cost (excluding the initial investment) of coal, although lower than thermal power plants using gas and diesel fuel wind is very low compared to other energy sources such as solar and tidal energy. fuel share in KWh electricity costs are lower than in NPP. (18-25% nuclear, coal 45% gas, 65%). The cost and time of construction, as well as NGS although more than any other plant cost recovery time is longer. For this reason, it designed the new reactor will operate safely for long periods. (Like 40 years) but the region will establish terms and conditions should be more careful than a normal power plant installations must be designed in accordance with the geological activity.

4